论文部分内容阅读
随着化石燃料的消耗与濒临枯竭，环境问题和能源危机已经引起世界各国的极大关注。能源对国民经济发展有着至关重要的作用，因此寻找可持续清洁能源成为世界各国经济发展中的重中之重。能源存储技术作为连接能源与能源多方式使用的桥梁，已经引起全世界科研工作者的关注。超级电容器作为一种新的能源存储方式，具有功率密度大、使用寿命长等优点，日益受到人们的青睐。二氧化锰作为赝电容型超级电容器电极的一种材料，具有成本低、对环境无害、理论比容量高等优点，但是材料本身导电性差，在循环过程中不稳定。本文首次制备了Y掺杂的ZrO2包覆MnO2材料，作为超级电容器的电极材料，并对电极的充放电性能、循环伏安性能、交流阻抗性能做了系统的研究。 本文以二氧化锰作为包覆对象，选用ZrOCl2·8H2O与Y(NO3)3·6H2O作为原料进行包覆。通过单因素实验研究了氧氯化锆用量、煅烧温度、CTAB浓度、包覆反应时间、钇的掺杂用量、电极压片压力等工艺条件对二氧化锰比容量的影响。测试得到的最佳工艺条件:氧氯化锆用量为0.6171g，煅烧温度为450℃，CTAB浓度为7mmol/L，包覆反应时间为3h，钇的掺杂用量为5％(vs氧氯化锆用量，mol％)，压片压力为10MPa。 然后，对包覆后的电极进行恒流充放电测试，循环充放电100次后结果表明:Y-ZrO2@MnO2电极循环100次后的比容量相对于第一次的比容量仅下降了7％左右，而纯MnO2电极循环100后的比容量下降了30％以上;同样循环100次的纯MnO2电极循环伏安曲线虽然保持了矩形形状，但是响应电流明显小于1次的。这些研究表明，对二氧化锰进行无机层包覆后，电极的循环稳定性得到了明显地提高。本文还选用了六种实验室常见的电解质配制了六种电解液，实验测试结果发现，泡沫镍集流体在含Cl的电解液中稳定电位窗口在-0.6～0.4 V(vs SCE)，而在Na2SO4溶液与K2SO4溶液中的稳定电位窗口在-0.2～0.8V(vs SCE)，这些结果表明集流体一定要与电解液匹配，否则集流体会发生腐蚀。 最后利用交流阻抗测试方法考察了电极的一些阻抗性能，并且研究了无机包覆层提高电极循环稳定性的原因。